介绍了在箱式超声波明渠流量计产品标准制定过程中，对测箱多声道测流原理的厘定和对测箱性能指标的确定、验证情况，要求标准中的性能指标必须要定量且可测可证实；提出了对工业化生产的测箱产品应进行检定，对工程化的测流装置作品应进行校准的建议，以及设计建造槽宽可调节的测试和检定用测槽的建议。

针对传统机械混肥装置效率低、混合不均及成本高等问题，研究设计了一种气动混合水肥装置，旨在优化混肥性能及降低成本并验证其优越性。通过构建气动混合水肥装置测试系统，探究分析了曝气孔偏置角度、曝气管布置形式、孔径与数量、水肥桶体积等关键参数对溶解时间与混匀时间的影响规律，并与机械混肥装置对比混肥性能、成本及能耗。研究表明，当曝气孔偏置角度为-45°、曝气管采用中间通气布置形式、孔径4 mm与孔数68孔、水肥桶体积为300 L时，装置性能最优，溶解时间与混匀时间分别缩短至62 s和78 s。与传统机械混肥装置相比，气动装置在溶解时间（缩短15.4%~25.9%）和混匀时间（缩短15.4%~25.9%）上均显著提升，且多桶配置下成本与能耗更低。气动混合技术可有效解决传统混肥装置效率低、能耗及成本高等问题，为水肥一体化提供了高效经济的新方案，具有很强的应用价值。

为探究不同蓄雨型间歇灌溉制度对水稻增产、节水、控污及抗倒伏效果的影响，优选最佳蓄雨型间歇灌溉制度，采用测桶试验，基于2种间歇灌溉的灌水下限（轻度间歇SA和重度间歇HA），在不同生育期采用正交设计叠加不同梯度水层深度而形成雨后上限的水分管理方案，运用熵权TOPSIS法对各处理水稻在产量、节水、控污、抗倒伏4个方面的11项指标进行综合评价。结果表明，蓄雨型间歇灌溉对产量的影响呈现显著的条件依赖性，36个处理中17个增产（平均增产6.46%）、19个减产（平均减产12.91%）；实现节水与增产的协同是提升灌溉水利用效率的关键，相比之下，灌溉水利用效率最高的处理分别比传统淹灌和最低效率处理高46.67%和90.27%；蓄雨型间歇灌溉可帮助控制农业面源污染，36个蓄雨型间歇灌溉处理中有35个40 cm处的渗漏液总氮平均浓度低于淹灌处理；合理蓄雨型间歇灌溉可使水稻抗倒伏性较传统淹灌最多提升17.3%；返青期是调控雨后上限对水稻综合得分指数影响最大的阶段；灌溉用水在各生育期分配不合理时重度间歇HA的负面效应更明显，综合得分指数较低；重度间歇灌溉时控制返青期、分蘖前期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期的雨后上限为50、80、100、120、90 mm时最接近目标为高产、节水、控污及抗倒伏的理想结果。

为探究煤矸石对不同盐碱条件下土壤水分调控效应，通过室内一维垂直入渗模拟实验，以冀南砂质土为基质，土壤设置3种(添加Nacl)处理水平（A1: 0、A2: 2 g/kg、A3: 4 g/kg）及4种煤矸石质量添加比（0%、15%、30%、50%，分别设为CK、B1、B2、B3），系统分析煤矸石改良剂对土壤水分入渗过程的调控效应。①煤矸石添加显著影响湿润锋运移速率及累积入渗量：A1组中15%、30%和50%煤矸石均抑制湿润锋迁移（P0.05）；而A3组各处理则加速迁移（增量达5.96%）。②累积入渗量~时间关系符合Kostiakov模型（R20.9），湿润锋运移距离与入渗时间呈幂函数关系（Z=E t^F ）。③煤矸石可降低各盐碱土剖面含水量，但对电导率的影响因盐渍化程度而异：A1、A2组电导率升高，A3组则降低。研究表明，煤矸石添加有利于盐碱土的改良。

农田生态系统作为实现碳中和的重要载体，其碳源/汇精准核算是优化农业管理措施的关键基础。然而，现有碳核算体系多聚焦于单一温室气体排放或旱作农田，对灌溉稻田中水分管理、土壤碳库与作物碳吸收的耦合效应缺乏系统性量化，导致减排增汇潜力评估存在显著偏差。以常州市金坛区稻田为对象，开发了一套灌溉稻田全生命周期碳核算方法学，系统评估了不同灌溉模式（淹灌、间歇灌溉、控制灌溉）对温室气体排放和碳汇潜力的影响。基于静态箱-气相色谱监测、土壤碳库动态分析和作物碳储量测算，构建了包含水分管理调节系数（ K_{\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}}、 K_{{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}}）和土壤碳矫正因子（CSF）的混合核算方法学。研究结果表明：控制灌溉模式显著降低CH?排放（p0.01），整体降低了稻田增温潜势；控制灌溉下土壤有机碳储量增加（CSF=1.001），根冠比提升至0.25，地下碳输入量增加；相较传统淹灌，控制灌溉平均减少碳当量23 197.16 kg/hm² CO?e。该方法学创新性地耦合了实测数据与排放因子法，填补了我国亚热带稻区碳核算方法空白，为CCER农业碳汇项目开发提供了可推广的技术标准。

为了探究生物有机肥和控制灌溉联合调控下稻田的氨挥发排放特征，开展了水稻小区种植试验。试验设置2种灌溉模式[淹水灌溉（F）、控制灌溉（C）]和3种施肥模式[全施化肥（A）、生物有机肥等氮替代15%化学氮肥（B）、生物有机肥等氮替代30%化学氮肥（C）]，研究不同处理下稻田的氨挥发排放特征。研究结果表明，水稻全生育期内，相同灌溉模式下，生物有机肥配施化学氮肥可降低稻田氨挥发通量均值和稻田氨挥发累积量，降幅分别为11.34% ~ 31.47%、13.74% ~ 31.12%，生物有机肥等氮替代化学氮肥处理降低了稻田田面水铵态氮和总氮浓度均值，降幅为7.92% ~ 38.12%、2.39% ~ 14.92%，其中生物有机肥等氮替代30%化学氮肥作用更显著，且稻田田面水铵态氮浓度和稻田氨挥发通量呈现显著的正相关关系（p<0.05）。相同施肥条件下，水稻全生育期内控制灌溉处理的稻田氨挥发通量、稻田氨挥发累积量、田面水总氮平均浓度和田面水铵态氮平均浓度均低于淹水灌溉处理。综合分析认为，控制灌溉模式下生物有机肥等氮替代30%化学氮肥可以显著降低稻田的氨挥发排放，提高稻田氮肥的利用率。

高光谱技术有助于非接触、高效地反演冻土含水率，但冻结状态下的土壤对光谱反射特性有显著影响，因此采用更有效的光谱数据处理分析方法对提高冻结土壤质量含水率反演的精度至关重要。以黑龙江鹤山农场典型季节性冻土区黑土为研究对象，获取高光谱反射率和土壤含水率数据，将原始光谱反射率进行0~1阶（步长为0.2阶）的分数阶微分（FOD）与4~1024 尺度（以4的幂次方增加）的连续小波变换（CWT），通过变量投影重要性分析（VIP）提取特征波段后，综合应用偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量机（SVM）、随机森林（RF）与极限学习机（ELM）四类算法构建土壤含水量预测模型。结果表明：低梯度分数阶微分与连续小波变换预处理方法建模效果更佳，决定系数在不同分数阶与尺度上呈现单峰分布；不同模型反演精度差异较大，其中SVM模型反演精度较高，ELM模型次之，PLSR和RF模型最差。冻结状态下，经4、16尺度的连续小波变换，采用SVM模型反演的土壤含水率精度最高（R ² _P 均大于0.59，均方根误差分别为0.291与0.299）；未冻结状态下的模型精度优于冻结状态，其中基于0.2、0.4、0.6及0.8阶微分处理后构建的SVM模型表现最佳（R ² _P 均大于0.83，相对分析误差均大于3.6）。研究构建的小尺度CWT-VIP-SVM模型，可为季节性冻结黑土含水率的高光谱监测提供一定的技术支撑。

为研究不同气候条件和水分管理对稻田CO₂净通量的影响，利用开顶式气室（OTC）进行田间试验。试验分别在控制灌溉（CI）和淹水灌溉（FI）条件下设置升高CO₂浓度200×10^-6（CCO和FCO）、升高CO₂浓度200×10^-6加升高温度2 ℃（CCOT和FCOT）、背景大气环境（CCK和 FCK）3种气候条件，共6种处理。结果表明：各处理的稻田CO₂净通量变化特征基本一致，均呈现先增大后减小的趋势，在拔节孕穗期和乳熟期达到峰值。CCO处理稻田CO₂吸收速率较CCK处理增加10.40%~40.78%，CCOT处理增加了分蘖期、拔节孕穗期和乳熟期的稻田CO₂吸收速率，减少了抽穗开花期和黄熟期的稻田CO₂吸收。FCO处理稻田CO₂吸收速率较FCK处理增加1.19%~52.01%，FCOT处理较FCK处理增加8.63%~121.88%。CO处理在控制灌溉和淹水灌溉条件下均增大了稻田CO₂吸收速率，COT处理对稻田CO₂净通量的作用因水分管理模式和水稻生育期存在差异，淹水灌溉稻田CO₂的吸收能力显著提升。在每个典型日几乎都观测到CCO和CCOT处理稻田CO₂净吸收能力在日尺度上的增强，各时期的控制灌溉稻田和生长前期的淹水灌溉稻田在CO处理下具有最大的日平均CO₂净吸收速率，生长后期的淹水灌溉稻田在COT处理下CO₂吸收能力更强。研究表明，大气CO₂浓度和温度升高对稻田CO₂净通量的影响因生育时期存在差异，节水灌溉可能会减弱气候变化对稻田“碳汇”能力的正向效应。

冠层覆盖度是计算作物需水量的重要参数。研究针对传统无人机提取玉米冠层过程中光照不均、阈值选取不确定以及对大量标注数据依赖性过高等问题，提出了一种基于RGB影像的迭代自训练识别方法。首先采用中值滤波、自适应直方图均衡化（CLAHE-SV）及Retinex光照校正对原始图像进行增强，改善了对比度、突出了玉米细节并降低了噪声。随后，构建了包含超绿指数（EXG）在内的多维特征向量，并结合无监督高斯混合模型（GMM）聚类生成玉米冠层覆盖度识别伪标签。最后，基于伪标签和少量人工标注数据（共45张图像，占样本总量约3.7%），利用DeepLab v3+深度学习模型进行迭代自训练，逐步提高识别精度。结果表明，多轮迭代后模型整体准确率由87.05%提升至94.24%，Kappa系数由73.26%提高至87.97%。该方法有效降低了识别算法对大规模标注数据的依赖，为基于无人机RGB影像的玉米冠层覆盖度遥感监测提供了一种高效、自动化的解决方案。

为探究关键生育期调亏灌溉下施炭量对冬小麦氮肥利用及产量的影响，在田间设置3个水分处理：全生育期充分灌溉[W1，70%~80%田间持水量（θ _f）]、拔节期重度调亏灌溉（W2，50%~60% θ _f）和灌浆期重度调亏灌溉（W3，50%~60% θ _f），3种施炭量：不施炭（C1）、低炭（C2，15 t/hm²）和高炭（C3，30 t/hm²），研究了土壤含水率（SWC）、土壤氮素分布、氮素淋失、氮肥去向及冬小麦产量。结果表明：拔节期或灌浆期调亏下施加生物炭能增加0~40 cm土层的SWC、硝态氮和铵态氮含量，降低硝态氮和铵态氮淋失量，且高炭下生物炭的持水固氮效果更好。与充分灌溉处理相比，灌浆期调亏处理小麦各器官氮肥吸收比例（N _dfs）、氮肥利用率和产量整体略高，而拔节期调亏处理较低。与W3C1处理相比，W3C3处理下氮肥利用率、氮肥残留率、产量和水分利用效率分别提高1.89%、7.86%、10.05%和9.22%，氮肥损失率降低16.05%。W3C3处理下氮肥利用率和产量最高，分别为34.16%和6 220.1 kg/hm²，损失率最低为20.58%。综上，灌浆期调亏配施高炭处理(50%~60% θ _f、30 t/hm²)可获得较高的氮肥利用率和小麦产量。

水稻生长精准模拟对于指导田间管理，提高作物产量具有重要意义。ORYZA Version 3（ORYZA_V3）模型被广泛用于农田系统中水稻生长的模拟。然而，当前关于该模型对重庆市水稻生长模拟性能评估的研究仍比较薄弱。以重庆灌溉试验中心站水稻大田试验数据为基础，全面评估了该模型对6个水稻生长变量的模拟精度。结果显示：①ORYZA_V3模型可以准确模拟水稻物候、叶面积指数、地上总生物量、产量，WIA=0.72~0.97，RRMSE=5.13%~14.47%，R ²=0.91~0.97；②模型对叶片氮素含量的模拟精度差于上述4个变量，但是仍处于可以接受的范围，WIA=0.96~0.97，RRMSE=16.14~18.50%，R ²=0.91~0.92；③但是模型对穗氮素含量的模拟精度较差，WIA=0.43~0.45，RRMSE=67.26~110.19%，R ²=0.41~0.48。可以通过优化水稻器官氮素迁移转化模块以提高模型对穗氮素含量的模拟精度。综上，研究证实ORYZA_V3模型可以为重庆市水稻生长模拟和稻田管理提供工具支持。

当前明渠自动化控制研究多以单渠池或串联多渠池为研究对象，而忽视了灌溉渠系中多级渠道间的水力耦合影响，难以保证灌溉输水效率及公平性。作者曾为小规模分岔灌溉渠系提出了一种基于交替方向乘子法的分布式模型预测控制算法，即ADMM-DMPC算法。为检验该算法的可扩展性和控制效果，以湖北省漳河灌区的大规模三级树状灌溉渠系为测试算例，并与工程实践中常用的经典PI复合控制及传统人工控制结果进行对比。结果显示，当控制对象的规模和复杂性大幅度扩展时，ADMM-DMPC算法仍能保证各级渠道各渠池各控制点水位均在安全范围内小偏差波动，且水位降速满足安全限制，控制性能远胜于经典PI复合控制和传统人工控制。充分证明了ADMM-DMPC算法在大型灌区多级树状灌溉渠系水力调控上的可行性和优势，在精准灌溉和灌区现代化方面有较强潜力。

为探究深松耕作方式对华北平原冬小麦畦灌灌水技术参数及土壤入渗特性的影响，设置冬小麦耕作模式（深松+旋耕PS、传统耕作对照CK）和畦灌灌水技术参数（畦宽1.7、3.4、5.1 m和入畦流量30、40 m³/h）处理8种组合，结合冬小麦拔节、抽穗期灌水数据，采用WinSRFR模型反演不同处理的土壤入渗参数并评价其灌水质量。深松较传统处理冬小麦拔节和抽穗期畦灌水流推进的总时长分别平均延长了5.58和5.87 min。WinSRFR模型能较好地对深松耕作后畦灌水流运动过程进行模拟，R ²均在0.93以上，深松较传统耕作冬小麦拔节期土壤入渗系数K和入渗指数a分别平均提高了20.72%、1.41%。深松后K值随着畦宽和入畦流量的增加而减小。深松耕作处理冬小麦拔节期灌水效率、储水效率和灌水均匀度分别较传统耕作平均提高了2.76%、5.95%和4.95%，深层渗漏损失量平均减小了15.05%。深松后畦宽3.4 m，入畦流量为40 m³/h的灌水技术参数组合的畦灌灌水质量的综合平均值最优，深层渗漏量最小。

水土资源短缺制约经济社会发展，过量施氮导致土壤硝态氮累积，严重加剧生态环境恶化。探索适宜农业种植与管理措施，减少农田中硝酸盐的残留及淋溶，成为保护生态环境的重要途径。以枸杞||苜蓿系统为对象，设置4个灌水水平（W0：45%~55%田间持水量（θ_FC ）；W1：55%~65% θ_FC；W2：65%~75% θ_FC；W3：75%~85% θ_FC ）和4个施氮水平（N0：0 kg/hm2；N1：150 kg/hm2；N2：300 kg/hm2；N3：450 kg/hm2）。通过分析不同水氮调控下土壤硝态氮的时空分布及累积变化，研究水氮调控对硝态氮运移的影响。研究表明：硝态氮含量随土层深度的增加呈下降趋势。在营养生长期和盛花期，不同水分条件下，N1与N0、N2与N3之间的硝态氮差异不显著，但N2和N3的硝态氮含量和累积量分别较N0和N1增加了70%~318%（p＜0.05）和98%~201%。增加施氮量对80~100 cm土层的硝态氮含量和累积量没有显著影响。在枸杞秋果期，W1、W2和W3条件下，80~100 cm土层的硝态氮累积量较W0分别减少了47%~51%、33%~44%、22%~47%、2%~20%。W3条件下，硝态氮的淋溶深度有所加剧。在W1、W2和W3条件下，N0处理的硝态氮累积量依次为：30 cm > 90 cm > 150 cm > 120 cm，而在W0N1、W1N2、W3N3处理中，150 cm处的硝态氮累积量大于120 cm处。随着灌水水平增加，硝态氮呈向下淋溶的趋势，施氮量增加则导致硝态氮含量增加。土壤硝态氮含量的变异系数（CV）普遍为中等变异（0.1 < CV < 1.0）。硝态氮累积量随施氮量的增加显著增加，随机森林模型的预测精度显著优于传统回归模型。为了减少土壤硝态氮的累积与氮素淋失，建议枸杞||苜蓿系统采用轻度水分亏缺（W2：65%~75% θ_FC ）和中等施氮量（N2：300 kg/hm2）。

基于HYDRUS-2D数值模拟模型，针对河套灌区地下水浅埋（1.5 m）膜下滴灌玉米农田土壤，探究0~100 cm土壤盐分均匀分布、100~150 cm土壤剖面不同盐分分布（“A-先增后减”、“B-一致”和“C-线性增加”）条件下，0~100 cm土壤生育期水盐运移规律及适宜秋浇灌溉定额。结果表明，不同初始盐分剖面水分运移规律一致，膜下滴灌后0~100 cm各层土壤生育期平均含水率呈锯齿状逐渐降低，平均含水率随深度加深而加大，浅埋地下水持续向上层补充水分。0~60 cm深度土壤平均含水率膜内高于膜外，其余深度膜内膜外基本相同。为避免水分在垂向上向下、在水平方向上向膜外的无效渗漏，应在玉米生育前期、末期减少灌水定额，在生育旺盛期加大灌水定额。3种初始盐分剖面生育期末土壤盐分均呈表聚型分布，膜外盐分浓度高于膜内，初始剖面盐分浓度重心越高，积盐范围越深，3种剖面的积盐深度（膜内/膜外）分别为C（65 cm/67 cm）＞B（72 cm/74 cm）＞A（78 cm/80 cm）。秋浇定额1 000、2 000和3 000 m³/hm²时可分别将盐分淋洗至40、60和60 cm以下，A、B、C三种盐分分布适宜秋浇灌溉定额分别为2 000、1 000和1 000 m³/hm²。

华北平原为我国重要的粮食生产基地，精准预测华北平原土壤有机碳密度（Soil organic carbon density, SOCD）的空间分布变化，对于维护区域粮食安全及推动可持续发展具有重要意义。数字土壤制图（Digital Soil Mapping, DSM）作为一种有效的手段，通过选择合适的协变量能够有效地模拟土壤有机碳密度的空间分布。以华北平原为研究区域，采用支持向量机模型（SVM）、XGBoost模型和随机森林模型（RF）分别进行建模，综合多源环境变量作为输入因子，探明SOCD的空间分布特征，同时引入物候变量补充损失的气候信息以及气候特征，探究物候变量对SOCD空间分布预测的影响程度。结果表明：地表温度类变量是影响该地区SOCD空间分布的关键因素。引入物候变量后，SVM、XGBoost和RF模型预测精度均呈现上升趋势，其中RF模型精度提升约12%，XGBoost提升约16.4%，SVM提升约12.2%。引入物候变量改进的RF模型的预测精度最高，R2为0.475。从SOCD的空间分布特征来看，呈现南部、北部较高，中、东部较低的趋势，南部的SOCD含量最为集中。该研究突出了物候变量对土壤有机碳密度含量空间分布的显著影响，并为未来研究提供了新的视角与方法。

作物的三维形态和生理指标可以反映自身生理干旱特征。为探究受水分胁迫作物的植株形态变化、叶面温度变化及空间分布特征，利用红外热成像与激光三维表型耦合法，开展水分胁迫条件下菜苔形态、叶气温差和垂向温度偏离指数研究。结果表明，植株平均高度与叶气温差均呈现先快后慢的降低趋势；基于红外温度与三维点云的融合数据集，提出垂向温度偏离指数，该指数在水分胁迫中呈现先缓慢后大幅度升高的变化趋势，与植株含水率具有较好的吻合度，大于1.5时菜苔已产生不可恢复的生理损伤，实现对作物水分胁迫状态的快速评估与预警。

茶园喷灌水肥一体化的肥液液滴撞击茶树叶面时，冠层对养分的截留可实现茶树根系与叶面的双重吸收，有助于提高肥液利用率，但施肥浓度不当会带来叶面灼伤风险。对肥液液滴与茶树叶面撞击作用机理、作物冠层截留和叶面吸收与灼伤等3方面研究进展进行综述，提出应采取理论研究、数值模拟和试验验证相结合的方法深入研究肥液液滴与茶树叶面的撞击、截留和吸收机制，尤其是对于一端固定的悬挂式叶面的液滴撞击这一复杂的耦合运动过程；综合考虑撞击机理、冠层截留、叶面吸收与灼伤的影响规律，提出建立冠层截留肥量预测模型和截留肥量调控机制，为制定茶园喷灌水肥一体化施肥制度提供理论依据，促进喷灌施肥灌溉技术良性发展。

为探究不同水肥和冠幅控制条件下挂果枝管理对于退耕压砂地枣树光合特性和产量的影响规律。采取四因素三水平的正交实验设计，分析水、肥、挂果枝与冠幅4个因素对压砂地枣树生长、产量、水肥利用效率、光合作用等的影响。研究结果表明，四因素对产量影响的主次顺序为挂果枝、灌水定额、施肥量、冠幅，对净光合速率影响的主次顺序为灌水定额、施肥量、冠幅、挂果枝，对水肥利用效率影响的主次效率为灌水定额、施肥量、挂果枝、冠幅；挂果枝、灌水定额、施肥量和冠幅对于枣树产量具有极显著作用，灌水定额、施肥量、冠幅对枣树净光合速率具有显著影响，灌水定额、施肥量、挂果枝对枣树水肥利用效率具有显著影响。在宁夏中部干旱带，压砂地枣树最适合的水、肥、冠幅和挂果枝的组合方式为灌水定额250 mm，施肥量110 kg/hm²，冠幅2.0 m，挂果枝60个，可获得产量3 485.02 kg/hm²，比对照组增加了67.0%。该研究成果可为压砂地枣林的管理提供数据支持。

及时、准确地绘制作物分类地图是智慧灌区建设的重要基础，可为农作物生长监测、产量预测及农业生态环境评估提供关键数据支撑。深度学习模型在作物分类研究中表现出卓越的效果，但在处理时序遥感数据时仍存在一定局限性。基于Google Earth Pro软件、GEE 平台和geemap工具，生成了2020年河套灌区的作物分类地图，并对其精度和可靠性进行了评估。以该分类结果为标签，利用Sentinel-2图像生成了包含河套灌区5-10月72个波段的Sentinel-2数据集和6个波段的EVI数据集，比较了多种机器学习模型与深度学习模型在河套灌区的作物分类性能。研究结果表明，基于时序的深度学习方法（TFBS）取得了最佳分类精度，其mIoU、mprecision和mrecall分别达到0.872 2、0.924 7和0.926 0。在处理72个波段遥感影像数据集和EVI数据集时，基于时序的深度学习模型展现出较强的鲁棒性，而Unet模型在处理 EVI 数据时无法收敛，难以提取时序特征。研究表明：基于时序的深度学习模型具备更高的分类精度和显著的鲁棒性，为作物分类研究中的模型选择提供了参考。其分类结果也为河套灌区的农业管理提供了重要的技术支持与数据保障。

岩溶峰丛洼地是我国西南地区典型的岩溶地貌类型区，该区域石漠化、水土流失及生态退化的问题严重，缺少水土，而其中土壤水是限制岩溶峰丛洼地生态修复与生态系统稳定的关键因素之一。因此，研究土壤水分变化规律对维持峰丛洼地生态环境以及保障人类生产生活具有重要意义。目前的研究缺少对岩溶峰丛洼地不同土地利用方式土壤水分动态变化进行连续监测，并且缺乏基于实时监测数据来探讨降雨入渗对土壤水分含量变化影响的研究。选取了典型岩溶峰丛洼地，对峰丛坡面5种不同土地利用方式土壤水分进行实时监测，通过分析土壤水分的季节变化以及不同降雨强度下土壤水分的响应特征，旨在探究岩溶峰丛洼地坡面不同土地利用方式土壤水分的变化规律及降雨入渗机制。研究结果表明：①传统玉米种植区的平均土壤水分含量最低，赤苍藤种植区土壤水分含量均值最高，玉米+扶芳藤植物篱区和赤苍藤种植区内土壤水分含量在雨季对降雨的响应不显著。②传统玉米种植区、火龙果种植区和玉米＋薜荔植物篱区土壤水分含量在旱季较为稳定，而玉米+扶芳藤植物篱区和赤苍藤种植区内土壤水分含量在雨季更为稳定；在雨季，各试验小区土壤水分对降雨的响应更为敏感。③在大雨和暴雨条件下，5种土地利用方式土壤水分含量均对降雨有显著响应；降雨强度越大，土壤水分得到补给的滞后期越短；在大雨条件下，各试验小区土壤水分均得到有效补给，而在暴雨条件下各试验小区土壤水分含量反而减少。④赤苍藤种植区土壤水分受降雨影响最小，其中表层土壤对降雨的响应比深层土壤弱。相比之下，传统玉米种植区土壤水分受降雨影响最大，且深层土壤受降雨影响最为显著。

准确计算土渠渗漏量对灌区的输水效率测算和灌区管理具有重要意义。为提出准确高效的渠道渗漏评估方法，以河套灌区义长灌域为研究区，建立土渠二维入渗的数值模型，采用渠道渗漏试验数据对其率定验证，进一步探究渠道水深h、底宽b、边坡系数m、分层土壤饱和水力传导度k_{s 1}、k_{s 2}、k_{s 3}对渠道土壤水分入渗过程的影响规律，以Kostiakov-Lewis模型为基础模型，采用多元线性回归建立基于入渗参数的多因子数学模型。结果表明：数值模型模拟R ²均在0.928以上、RMAE、RMSE分别小于14.57%、0.048 cm³/(cm·s)，模型可以用于模拟渠道土壤水分入渗过程。各因素对渠道稳渗速率的影响程度依次为：k_{s 1}＞h＞k_{s 2}＞k_{s 3}＞b（m不显著）。建立的土渠二维入渗多因子数学模型R² 在0.87以上，均值为0.96，RMSE、RMAE、ME均值分别为0.05 cm³/(cm·s)、14.13%、0.027 cm³/(cm·s)，评价指标结果较好，模拟值与预测值较吻合，模型可行。研究量化了各影响因素对渠道稳渗速率的影响，发现紧邻渠床土层和水深对渠道渗漏影响显著，所建立的土渠渗漏实用公式能够准确高效地用于分层土壤条件下各级渠道渗漏量计算。

溶解性有机碳（DOC）是碳循环的重要组成部分，而总氮（TN）浓度是表征氮素循环的关键要指标，DOC与TN在沿海排水沟中的分布特征直接影响沿海农业环境的质量。研究通过对江苏沿海垦区典型排水沟系水体DOC和TN浓度变化及其影响因子进行系统研究，揭示了不同级别排水沟道中的碳氮分布特征。结果表明，北八滩排水沟系DOC和TN浓度变化范围分别为3.90~18.36 mg/L和2.32~7.10 mg/L，沟系水体DOC和TN浓度呈现明显的空间分布规律，不同沟道级别DOC和TN浓度顺序为：斗沟>支沟>干沟，污染物浓度自内陆向海岸段呈现先升后降的变化趋势。DOC与TN浓度呈显著正相关，表明两者具有相似的污染来源和汇流路径。此外，环境因子如温度（T）、溶解氧（DO）、电导率（EC）等对水体碳氮浓度的变化具有显著影响，特别是咸淡水交汇区的盐分变化对DOC和TN的消纳过程起到关键作用。本研究为垦区农业面源污染防治和滩涂生态环境保护提供了理论依据，并为进一步提升排水沟系的环境管理提出了参考建议。

为寻求比较准确的湖北省未来短期参考作物腾发量（ET ₀）预报方法，分析了HS模型与PMF模型在ET ₀预报中的表现。以FAO56-PM公式和18个气象站点的历史气象数据计算的ET ₀为对照，率定并验证HS模型的准确性。利用天气预报资料，在湖北省各站点进行两种ET ₀预报模型的适用性评价。结果显示：在不同预见期内，ET ₀预报值与基准值呈现一致的变化趋势，经过参数率定后，HS模型和PMF模型在18个站点的ET ₀预报中，相关系数的平均值分别为0.85、0.84，平均的均方根误差分别为0.87、0.87 mm，平均绝对误差的均值分别为0.65、0.64 mm，通过TOPSIS法分析，推荐11个站点采用HS模型进行ET ₀预报。总体而言，率定后的HS模型在湖北省各站点预报精度较高，建议采用该模型进行湖北省ET ₀预报为灌溉预报和决策提供依据。

土壤水是土壤中的关键指标，其变化直接影响着作物生长，并影响着水资源利用的管理决策。因此，准确地预测土壤水分有利于对农业水资源进行合理的规划利用。使用深度学习算法进行土壤水分预测在当前的农业、水资源管理和生态学等领域具有重要性。深度学习算法能够从大规模数据中学习土壤水分的复杂模式和时空关系，为土壤水的准确预测提供了新的机会。为了探索新兴深度学习方法Transformer在土壤水分预测中的有效性，选择河套灌区义长灌域为研究区域，利用地下水位观测数据、气象数据、SMAP土壤水数据等作为训练数据，设置了1、5、10 d 共3种数据滞后情况，验证Transformer算法在土壤水时间序列预测任务中的有效性，并与目前广泛应用于时序预测任务中的LSTM进行对比。研究表明Transformer在土壤水分时间序列预测任务中具有更好的预测能力，相比于LSTM，其R ²平均提升约0.181，RMSE平均下降27.6%。同时，Transformer在应对滞后变化带来的影响时更具鲁棒性，在3种数据滞后情况下Transformer的预测平均R ²分别比LSTM高出了0.121、0.167、0.256，站点平均RMSE分别降低了30.7%、28.6%、23.5%。此外，Transformer对于土壤水序列中的非线性信息的提取能力更强，对于高频振幅的土壤水时间序列Transformer拥有更强的预测能力。

在水资源短缺的背景下，分析调亏灌溉对玉米产量和水分利用效率的影响，识别调亏灌溉的最佳策略对于玉米高产高效用水具有重要意义。从44篇文献中收集了调亏灌溉和充分灌溉两种处理下的429对玉米产量观测数据和277对玉米水分利用效率观测数据，利用Meta分析方法探讨了调亏灌溉对玉米产量和水分利用效率的影响，比较了不同的调亏比例、气候条件和土壤质地下调亏灌溉效果的差异，并分析了调亏灌溉下玉米产量和水分利用效率之间的关系。结果显示，与充分灌溉相比，调亏灌溉总体使玉米的水分利用效率提高7.43%，却使产量下降了8.74%。然而，调亏灌溉的效果因调亏比例和土壤气象条件而异，调亏比例小于0.2的调亏灌溉可在不显著降低玉米产量的同时使水分利用效率提高6.65%，在年降水量400~800 mm和年平均气温小于12 ℃的地区以及粉壤土和壤土上实施调亏灌溉更有可能实现玉米高产和高效用水的双赢，并最小化玉米减产与水分利用效率提升的权衡。

为了探究不同灌溉模式下生物有机肥配施化肥技术对水稻生长发育及产量的影响，采用小区试验方法，设置了2种灌溉模式（F: 常规淹灌、C: 控制灌溉）和3种施肥模式（A: 全施化肥、B: 生物有机肥等氮替代15%化学氮肥、C: 生物有机肥等氮替代30%化学氮肥），研究不同水肥处理对水稻生长及产量的影响。结果表明，相同的灌溉模式下，生物有机肥等氮替代化学氮肥提高了水稻的穗粒数及穗部干物质量，对水稻株高和叶绿素影响较小；与全施化肥相比，生物有机肥等氮替代15%化学氮肥产量及净收益均无显著差异；生物有机肥等氮替代30%化学氮肥略降低了水稻产量，增加了肥料投入成本，导致产投比显著下降。不同灌溉模式下，控制灌溉能抑制水稻的无效分蘖，但降低了水稻的株高和干物质量；与常规淹灌相比，控制灌溉提高了灌溉水利用效率及净收益，但产量略低于常规淹灌，差异并不显著。综合分析认为，控制灌溉模式下生物有机肥等氮替代15%化学氮肥可以在提高灌溉水利用效率的条件下，避免化学氮肥的过量施用，保证了水稻生产及较高的经济效益。

土壤参数是模拟和计算土壤含水量等状态数据的重要因子，对农业管理及其研究具有重要意义。然而，由于土壤系统变饱和与非线性特征，现有主流数据同化方法估计土壤参数时仍面临挑战。采用基于深度学习的参数估计方法（Parameter Estimator with Deep Learning, PEDL）对土壤参数进行反演估计，通过两个理想算例验证PEDL估计土壤参数的效果，并与集合平滑多数据同化方法（Ensemble Smoother with Multiple Data Assimilation, ESMDA）进行了系统比较。研究结果表明：PEDL能成功识别观测数据与待估参数之间的非线性关系，无需迭代即可逼近土壤参数的真实值；PEDL获得的参数后验分布范围相较于ESMDA明显缩小；与迭代5次的ESMDA方法相比，PEDL估计结果不确定性更低，且总调用次数更少。该研究有助于提高土壤参数估计的精度，可有效提升土壤状态及相关农业模型预测可靠性。

节水技术作为提高农户生产灌溉环节粮食生产效率的有效途径，对于保障我国用水和粮食安全至关重要。基于河北、河南、山东、安徽、湖北5大粮食主产区粮食种植农户调查问卷，运用SFA-Tobit模型研究了节水技术对粮食生产效率的影响，并对作用机制进行了分析。①现阶段在粮食生产环节仍存在28.2%的粮食生产效率损失特征；②采纳与持续采纳节水技术的农户在高效率生产阶段分布更具优势，节水技术的采纳可显著提高农户粮食生产效率；③节水技术的采纳有利于通过促进农户规模经营、节省灌溉时长进一步提升粮食生产效率；④节水补贴和农地流转在农户节水技术采纳过程中对粮食生产效率的提高具有正向激励作用；⑤节水技术对粮食生产效率的提升效应存在年龄和收入的门槛限制，对于高农业收入占比和年长农户而言，提升作用明显。因此，应充分发挥政府在农户节水技术采纳中的主体作用，精准开展农业节水补贴、扎实铺开农田水利基础灌溉设施建设、建立技术采纳监测和评估机制。

研究干旱区作物水分供应与利用效率问题对优化农田灌溉制度和提升水资源的高效利用具有重要意义。本文以宁夏青铜峡引黄灌区玉米为研究对象，采用稳定氢氧同位素技术定量化追踪大气降水、土壤水和玉米木质部水的同位素特征，综合运用直接对比法、MixSIAR模型和蒸散分离技术，深入剖析了玉米在其生育期内的主要吸水深度、各阶段的相对贡献率以及水分利用效率（WUE）及其受环境因素的影响。结果表明：玉米主要吸收0~30 cm的浅层土壤水分，其在不同生育阶段的平均贡献率分别为：44.10%（出苗期）、35.44%（拔节期）、41.54%（抽穗期）、41.66%（灌浆期）和48.10%（成熟期）；在整个生育期，WUE呈现波动上升趋势，受到饱和水汽压差、土壤温度和空气温度等环境因素的显著影响。结果揭示了该地区玉米生长发育过程中，对浅层土壤水分的高度依赖性和随着生育期发展水分利用效率显著提升的特性。

在实现区域资源可持续发展方面，水-能源-粮食（WEF）系统耦合协调研究具有重要意义。选取24个国家，构建WEF系统的耦合协调度评价指标体系和耦合协调度模型，分析其在2008-2020年的综合评价指数和耦合协调度的时空变化特征，并引入莫兰指数剖析系统耦合协调度的空间演变特征，在此基础上采用空间杜宾模型对耦合协调度的影响因素进行探讨。结果表明：从时间序列看，系统综合评价指数整体呈现先降后升态势，耦合协调度波动变化明显，但是有向好发展趋势；从空间分布看，耦合协调度的高值区与粮食综合评价指数的高值区大致吻合，整体上呈现“东西高中部低”的空间分布特征；耦合协调度的空间聚集虽然明显，但出现了集聚或异常值，空间分布格局处于变动状态；空间杜宾模型结果显示农业用水量、工业用水量、人均能源生产量、单位面积粮食年产量和农业用地面积对耦合协调度的影响显著，而第二产业能源消耗量和食品进口值占商品出口总额的影响不显著。

作物长势和田间水分预测对于农业精准管理至关重要。为准确模拟宁夏玉米产量，利用2019-2020年田间观测数据，整合SWAP（soil-water-atmosphere-plant）模型和迭代集成平滑算法（iterative ensemble smoother，IES）构建了适用于宁夏干旱地区玉米的SWAP-IES作物同化模型。比较了同化叶面积指数（leaf area index，LAI）、土壤含水率（soil water content，SW）及其组合对宁夏干旱地区玉米种植区土壤含水率模拟和产量估算的影响。研究结果表明，当同时同化LAI和SW数据时，土壤含水率模拟的决定系数（R2）显著提升，从初始时的-0.07增加到0.71。这表明，将LAI和SW数据同时纳入模型显著增强了模型预测土壤含水率的准确性。而同时同化LAI和SW相比仅同化LAI或SW能更好的模拟土壤含水率，这表明2个观测变量之间并不是孤立的，二者的耦合能更好地提升模型的模拟精度。同时同化LAI和SW时估产精度最高，RMSE降低到914.113 kg/hm²，显著低于其他情景。说明所构建的SWAP-IES玉米同化模型，在同时同化LAI和SW的情况下，可以准确模拟土壤含水率变化过程和玉米产量，为干旱地区农田灌溉优化和玉米估产提供参考。

为提高土壤含水率预测精度，筛选出不同数量的预测因子，分别采用基于改进粒子群的双向长短期记忆网络（IPSO-BiLSTM）和支持向量机（SVM）对土壤含水率进行预测。以石津灌区典型地块为例，用前15 d的数据分别预测未来1~5 d的土壤含水率。结果表明：①IPSO-BiLSTM模型预测精度整体高于SVM模型，在验证集和测试数据上前者预测1~5 d的RMSE平均减小了5.50%，MAPE减小了5.77%，MAE减小了6.56%，决定系数R ²提高了2.96%；②预测不同时长时最优模型所需要的预测因子数目不同，IPSO-BiLSTM模型预测1~3 d时1个预测因子最优，预测4 d时2个预测因子最优；预测5 d时4个预测因子最优。③运行时间上，IPSO-BiLSTM模型的运行时间与预测因子数无明显关系，而SVM的运行时间随预测因子数增多而加长；同样大小的数据集，IPSO-BiLSTM占用CPU比SVM高约20%。研究为灌区精准灌溉和农业水资源高效利用提供了理论和技术支持。

智慧灌溉是以现代灌溉科技为基础，以高产优质节水型农业生产为目标，实现农田灌溉需水量数字化感知、供水量智能化决策、灌水量精准化控制和灌溉全过程智慧化管理的新的农田灌溉管理模式。为推动智慧灌溉技术应用，建立合适的智慧灌溉技术推广效应评价体系至关重要。通过理论分析与实证研究相结合，构建了智慧灌溉技术推广效应评价体系，包含田间水利用效率、经济效应、智能化和生态环境效益4个方面的3级评价指标体系，通过信息熵理论的综合赋权法计算各级指标的权重；以大曹庄智慧喷灌项目和金堂县智慧滴灌项目为例进行了评价分析，验证了本评价体系的准确性和可推广性。构建的评价体系将有助于推动智慧灌溉技术应用推广。

为了提高水稻田氮素利用率减少农业面源污染，选取了2块大田，分别采取干湿交替节水灌溉和传统淹灌方式，分析稻田土壤剖面NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N及TN浓度的分布规律。结果表明节水灌溉和传统淹灌条件下，施入3次氮肥后，地表水及土壤不同深度处NH₄ ⁺-N和TN浓度变化规律相似且均会出现峰值后迅速降低。而节水灌溉条件下由于NO₃ ^--N浓度太低导致峰值不明显，传统淹灌条件下的NO₃ ^--N浓度峰值到达时间相比于NH₄ ⁺-N有一定滞后性。整体来说，水稻田施肥后5 d内是防控田间氮素流失的关键时期；节水灌溉条件下水稻田的灌溉水利用效率和氮素生产率更高。此研究结果可为提高水肥利用率和减少农业面源污染等提供理论依据。

准确估算参考作物蒸散发（Reference crop evapotranspiration，ET ₀）对于农业水资源管理至关重要。东北地区是我国最重要的粮食产区，但该区域纬度相对较高、气温相对较低，ET ₀影响因素多、估算的不确定性高。研究选取东北地区20个代表性气象站点1961-2019年气象数据，采用Mann-Kendall非参数趋势检验及反距离加权插值法模拟东北地区ET ₀时空变化特征，并利用思维进化算法（Mind Evolutionary Algorithm，MEA）优化模型参数，以FAO-56 Penman-Monteith公式计算结果为标准值，比较9种不同输入因子的模型精度，结果表明：①1961-2019年东北地区ET ₀的年平均值在567.81~1 080.66 mm之间，东北地区北部的年均ET ₀值呈上升趋势，中部平原及南部沿海呈下降趋势；②通过对东北地区20个站点使用不同类型模型计算ET ₀的评估，优化前精度表现：辐射型模型＞湿度型模型＞温度型模型。其中Mak模型在东北地区的计算精度最高，相应的R ²、NSE、RMSE、和MAE中位数值分别为0.801、0.786、0.570 mm/d和0.331 mm/d；③MEA算法优化后，对9种经验模型的R ²、NSE、RMSE和MAE提升幅度分别为14.43~47.15%、14.84~50.47%、5.42~46.79%、7.47~39.86%。优化后的Mak模型相应的R ²、NSE、RMSE、和MAE中位数值分别为0.910、0.907、0.510 mm/d、0.291 mm/d。因此，在气象资料缺乏情景下，Mak模型可作为东北地区ET ₀计算的最优模型，并且MEA算法优化能够高效提高模型计算精度，实现了准确性和效率之间更优化的平衡。

分流漩涡型灌水器是一种先分流再产生漩涡从而达到消能目的的灌水器。为研究灌水器流道结构参数对水力特性和抗堵塞性能的影响，选取分水体与流道边壁的距离、分水体与阻水体头部的距离、阻水体齿倾斜角度和阻水体齿到流道边壁的距离4个特征参数研究其水力性能，选取粒径为0.125 mm、密度为2 500 kg/m³的泥沙颗粒研究其抗堵塞性能。结果表明，灌水器流态指数为 0.481 2~0.506 8，分水体与流道边壁的距离对流态指数影响最大；灌水器流量系数为2.209 3~3.290 6，分水体与流道边壁的距离和阻水体齿端到流道边壁的距离均对流量系数有影响。研究发现主漩涡区是易堵塞区域，在多数情况下流态指数与颗粒滞留时间呈负相关规律。最后对该结构进行了优化设计，以提高其水力性能和抗堵塞性能，可为分流漩涡型灌水器水力性能评估和结构优化提供技术支撑。

为利用修正后的双作物系数法来准确估算不同生育期计划湿润层深度下春玉米蒸散量（ E T_{\mathrm{c}}）。根据不同生育期设定不同计划湿润层深度（T1、T2、T3），试验灌水下限设定为65%田间持水量（θ _FC），灌水上限为100% θ _FC。利用实测叶面积指数（ L A I）修正双作物系数模型中的基础作物系数（ K_{\mathrm{c}\mathrm{b}}）和土壤蒸发系数（ K_{\mathrm{e}}），并结合山西省中心灌溉试验站的气象数据等估算了春玉米 E T_{\mathrm{c}}，同时用实测数据对估算值进行适应性评价。2023年T1、T2、T3春玉米全生育期 E T_{\mathrm{c}}分别为438.46 mm、 397.68 mm和419.86 mm；估算的全生育期 E T_{\mathrm{c}}为454.08 mm、 431.87 mm和452.47 mm。改正后的双作物系数法的决定系数（ R^{\mathrm{2}}）、均方根误差（ R M S E）、模型效率系数（ E_{\mathrm{n}\mathrm{s}}）、平均绝对误差（ A A E），T1为0.82、0.67 mm/d、0.84和0.57 mm/d，T2为0.81、0.79 mm/d、0.78和0.55 mm/d，T3为0.75、0.90 mm/d、0.71和0.60 mm/d。灌水较多的T1和T2的 R^{\mathrm{2}}和 E_{\mathrm{n}\mathrm{s}}均高于T3， R M S E和 A A E小于T3，T1和T2的参数相差不大，说明灌水量较少时会影响模型的估算精度，T1处理的灌水量最大，蒸散量最大，模型的拟合程度最高，T2和T3次之。因此，修正后的双作物系数法可用于不同湿润层深度下春玉米蒸散量的预测，该模型更适用于水分充足条件下春玉米蒸散量估算。

探究不同灌溉方式下无花果需水规律及作物需水量的预报对无花果生产具有重要的研究和指导意义。根据广东省水利重点科研基地2022年5月至2023年12月的无花果种植数据，分析不同灌水方式下无花果需水规律，推求作物系数曲线，结合Hargreaves-Samani模型和单作物系数法，基于公共天气预报进行无花果需水量预报。结果表明：不同灌水方式中沟灌的需水量最大，2023年日均需水量为2.44 mm/d，其次是喷灌和地面滴灌，日均需水量分别为2.23 mm/d和2.04 mm/d，地下滴灌需水量最小，为1.92 mm/d，5-9月为无花果需水旺盛期。采用联合国粮农组织（FAO）推荐的单作物系数法推求出试验站无花果K _c作物系数曲线，作物系数地下滴灌<地面滴灌<喷灌<沟灌。气温预报精度较高，最低气温的预报精度优于最高气温的预报精度。经过率定的Hargreaves-Samani模型具有良好的ET ₀预报精度，相关系数平均值可达0.86。4种灌溉方式无花果作物需水量预报精度低于ET ₀预报，相关系数范围为0.68~0.74。无花果作物需水量预报模型可以提供未来两周内的无花果需水量，为灌溉决策者提供信息，有利于农民提前安排水资源的分配。

为了研究安装射流脉冲三通的桁架喷灌机与普通桁架喷灌机水力性能的差异，试验喷灌机搭载4个距地面高度1 m的Nelson D3000型折射式喷头，分别设置100、150、200 kPa 3种进口压力和3.0、3.5、4.0 m 3种喷头组合间距进行全因素组合试验。通过间距500 mm的5列9行雨量筒阵列集水，测试了安装射流脉冲三通喷灌机的定喷、行喷水量分布和安装普通三通的行喷水量分布。结果表明：定喷试验时，在100、150、200 kPa进口压力下，4 m喷头组合间距的克里斯琴森均匀系数C _u与分布均匀性系数D _u均最高，分别大于90%和84%；行喷试验时，在100、150、200 kPa进口压力下，脉冲组的水深峰值比对照组分别降低了27.1%、27.9%、28.6%，克里斯琴森均匀系数C _u分别提升了17.1%、12.6%、3%，分布均匀性系数D _u分别提升了24.2%、11.2%、9.5%。射流脉冲三通提供的脉冲流能够有效降低桁架喷灌机的峰值喷灌强度并提高水量分布均匀性。